УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСТРЕСКИВАНИЯ, ПРОГРАММА ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСТРЕСКИВАНИЯ И ЕГО СПОСОБ Российский патент 2020 года по МПК G01N3/28 G01N19/08 

Область техники

Настоящее изобретение относится к устройству определения растрескивания, программе определения растрескивания и его способу.

Предпосылки создания изобретения

В последние годы, применение высокопрочного стального листа для автомобильного кузова быстро распространялось вследствие потребности в безопасности при столкновении и снижении веса. Высокопрочный стальной лист, используемый для автомобильного кузова, может повышать поглощаемую энергию, увеличивая силу реакции, в момент столкновения и без роста толщины листа. Однако, по мере того, как прочность стального листа становится выше, пластичность стального листа снижается, а потому, стальной лист будет растрескиваться в момент прессования в пресс-форме и в момент изменения формы при столкновении транспортного средства, такого как автомобиль. Для того чтобы определять состояние стального листа в момент прессования в пресс-форме и во время изменения формы при столкновении, выполняются анализ прессования методом конечных элементов (FEM) и анализ разрушения при аварии, при этом возросла потребность в определении растрескивания с высокой точностью в ходе такого анализа.

Для того чтобы оценить уровень запаса до растрескивания во время оценки возможности прессования и оценки поведения при столкновении, известно, что следует использовать диаграмму предела формовки (FLD), которая дает предел формовки, пользуясь зависимостью между максимальной главной деформацией и минимальной главной деформацией (например, смотрите патентную литературу 1 и 2). Растрескивается ли каждый элемент, определяется сравнением максимальной главной деформации и минимальной главной деформации элемента, полученных имитационным моделированием прессования в пресс-форме и изменения формы при столкновении посредством FEM, и линии предела формовки, показанной на диаграмме линии предела формовки.

Однако, деформация, полученная из анализа посредством FEM, имеет ту проблему, что результаты определения растрескивания отличаются в зависимости от величины размера элемента, поскольку деформация зависит от размера элемента (измерительной базы образца, шага сетки) модели анализа, который является одним из аналитических условий при анализе.

Известно, что, растрескивается ли элемент, определяется посредством выполнения арифметической операции для получения предельной деформации растрескивания в соответствии с размером элемента и посредством использования предельной деформации растрескивания, полученной из арифметической операции, при выполнении анализа прессования в пресс-форме посредством FEM (например, смотрите патентную литературу 3). Способом определения растрескивания, описанным в патентной литературе 3, может прогнозироваться растрескивание стального листа в соответствии с размером элемента при выполнении прессования в пресс-форме стального листа, чья прочность относительно низка, такого как стальной лист, чей класс предела прочности на разрыв имеет значение 270 МПа, и стальной лист, чей класс предела прочности на разрыв имеет значение 440 МПа.

[СПИСОК ПРОТИВОПОСТАВЛЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ]

[ПАТЕНТНАЯ ЛИТЕРАТУРА]

[PTL 1] Выложенный патент Японии, № 2000-107818

[PTL 2] Выложенный патент Японии, № 2009-61477

[PTL 3] Выложенный патент Японии, № 2011-147949

Сущность изобретения

[ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА]

В последние годы, был разработан стальной лист, имеющий сверхвысокую прочность, чей предел прочности на разрыв имеет значение 980 МПа или более, также называемый сверхвысокопрочной сталью. С помощью способа определения растрескивания, описанного в патентной литературе 3, что касается стального материала, чья прочность относительно низка, такого как стальной лист, чей класс предела прочности на разрыв имеет значение 270 МПа, и стальной лист, чей класс предела прочности на разрыв имеет значение 440 МПа, растрескивание в соответствии с размером элемента может прогнозироваться надлежащим образом, но растрескивание в соответствии с размером элемента не прогнозируется надлежащим образом для стального материала, имеющего сверхвысокую прочность, чей предел прочности на разрыв имеет значение 980 МПа или более.

Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предоставить устройство определения растрескивания, способное надлежащим образом прогнозировать растрескивание в соответствии с размером элемента из стального материала, в том числе также из сверхвысокопрочной стали, чей предел прочности на разрыв имеет значение 980 МПа или более.

[РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ]

Объектом настоящего изобретения, которое решает указанные проблемы, является устройство определения растрескивания, программа определения растрескивания и способ определения растрескивания, которые будут описаны ниже.

(1) Устройство определения растрескивания, включающее в себя:

блок хранения, который хранит входную информацию об элементе, указывающую свойство материала и толщину листа стального материала, и размер элемента в модели анализа, используемой для анализа изменения формы стального материала методом конечных элементов, и информацию о базовом значении предела формовки, указывающую базовое значение предела формовки, указывающее значение предела формовки при базовом размере элемента, который является размером элемента, используемым в качестве базы отсчета;

блок формирования базового значения предела формовки, который формирует базовое значение предела формовки в соответствии со свойством материала и толщиной листа, включенными во входную информацию, на основе информации о базовом значении предела формовки;

блок формирования целевого значения предела формовки, который использует предел прочности на разрыв стального материала для изменения базового значения предела формовки, прогнозирования значения предела формовки по размеру элемента и формирования целевого значения предела формовки;

блок выполнения анализа, который выполняет расчет изменения формы, пользуясь входной информацией, и выдает информацию об изменении формы, в том числе, деформацию каждого элемента;

блок определения главной деформации, который определяет главную деформацию каждого элемента, включенного в информацию об изменении формы; и

блок определения растрескивания, который определяет, растрескался ли каждый элемент в модели анализа, на основе максимальной главной деформации и минимальной главной деформации каждого элемента, для которого определена главная деформация, и целевой линии предела формовки, заданной целевым значением предела формовки.

(2) Устройство определения растрескивания по (1), в котором

блок формирования целевого значения предела формовки прогнозирует значение предела формовки, используя размер элемента и первый коэффициент, полученный из предела прочности на разрыв стального материала.

(3) Устройство определения растрескивания по (2), в котором

блок формирования целевого значения предела формовки прогнозирует максимальную главную деформацию по размеру элемента, пользуясь первым коэффициентом, вторым коэффициентом, включающим в себя максимальную главную деформацию при базовом размере элемента и первый коэффициент, и размером элемента.

(4) Устройство определения растрескивания по (3), в котором

второй коэффициент является функцией максимальной главной деформации при базовом размере элемента и первого коэффициента.

(5) Устройство определения растрескивания по (4), в котором

второй коэффициент пропорционален логарифму значения, полученного делением максимальной главной деформации при базовом размере элемента на первый коэффициент.

(6) Устройство определения растрескивания по любому одному из со (2) по (5), в котором

блок формирования целевого значения предела формовки прогнозирует максимальную главную деформацию по размеру элемента, пользуясь произведением первого коэффициента и результата арифметической операции по арифметической операции возведения в степень, в которой второй коэффициент принимается показателем степени, а размер элемента принимается основанием степени.

(7) Устройство определения растрескивания по (1), в котором

блок формирования целевого значения предела формовки прогнозирует значение предела формовки, используя размер элемента и второй коэффициент, полученный из предела прочности на разрыв стального материала.

(8) Устройство определения растрескивания по (7), в котором

второй коэффициент является функцией максимальной главной деформации при базовом размере элемента и первого коэффициента.

(9) Устройство определения растрескивания по (8), в котором

второй коэффициент пропорционален логарифму значения, полученного делением максимальной главной деформации при базовом размере элемента на первый коэффициент.

(10) Устройство определения растрескивания по (1), в котором

блок формирования целевого значения предела формовки формирует целевое значение предела формовки, пользуясь выражением прогнозирования значения предела формовки, которое является функцией размера элемента и предела прочности на разрыв стального материала,

выражение прогнозирования значения предела формовки, в случае, где ρ - коэффициент деформации, M - размер элемента, указывающий размер элемента в модели анализа, используемой при анализе посредством FEM, ε₁ - максимальная главная деформация при размере M элемента, и ε₂ - минимальная главная деформация при размере M, представлено первым коэффициентом k1 и вторым коэффициентом k2 в виде

[Математическое выражение 1]

где первый коэффициент k1 представлен пределом TS прочности на разрыв материала стального листа и коэффициентами γ и δ в виде

[Математическое выражение 2]

,

и

второй коэффициент k2 представлен максимальной главной деформацией ε_1B при базовом размере элемента и коэффициентом η в виде

[Математическое выражение 3]

.

(11) Устройство определения растрескивания по любому одному из с (1) по (10), в котором

блок определения растрескивания определяет, что элемент растрескивается, когда определенные максимальная главная деформация и минимальная главная деформация элемента превышают пороговое значение, заданное целевой линией предела формовки.

(12) Устройство определения растрескивания по любому одному из с (1) по (10), дополнительно включающее в себя:

блок формирования целевого напряжения предела формовки, который формирует целевое напряжение предела формовки, изменяя целевое значение предела формовки; и

блок преобразования деформации в напряжение, который преобразует определенные максимальную главную деформацию и минимальную главную деформацию каждого элемента в максимальное главное напряжение и минимальное главное напряжение, при этом,

блок определения растрескивания определяет, что элемент растрескивается, когда преобразованные максимальное главное напряжение и минимальное главное напряжение элемента превышают целевое напряжение предела формовки.

(13) Устройство определения растрескивания по любому одному из с (1) по (12), в котором

анализ изменения формы является анализом разрушения при аварии транспортного средства, отформованного из стального материала.

(14) Способ определения растрескивания, включающий в себя:

формирование базового значения предела формовки в соответствии со свойством материала и толщиной листа стального материала, включенными во входную информацию об элементе, указывающую размер элемента в модели анализа, используемой при анализе изменения формы стального материала методом конечных элементов на основе информации о базовом значении предела формовки, указывающей базовое значение предела формовки, соответствующее линии предела формовки при базовом размере элемента, указывающим размер элемента, используемый в качестве базы отсчета;

использование размера элемента и предела прочности на разрыв стального материала для изменения базового значения предела формовки, прогнозирования значения предела формовки по размеру элемента и формирования целевого значения предела формовки;

выполнение анализа изменения формы, пользуясь входной информацией и выдачу информации об изменении формы, в том числе, деформации каждого элемента;

определение максимальной главной деформации и минимальной главной деформации каждого элемента, включенных в информацию об изменении формы; и

определение, растрескивается ли каждый элемент в модели анализа, на основе максимальной главной деформации и минимальной главной деформации каждого элемента, для которого определена главная деформация, и целевой линии предела формовки, заданной целевым значением предела формовки.

(15) Программа определения растрескивания для побуждения компьютера выполнять обработку, чтобы:

формировать базовое значение предела формовки в соответствии со свойством материала и толщиной листа стального материала, включенными во входную информацию об элементе, указывающую размер элемента в модели анализа, используемой при анализе изменения формы стального материала методом конечных элементов на основе информации о базовом значении предела формовки, указывающей базовое значение предела формовки, соответствующее линии предела формовки при базовом размере элемента, указывающим размер элемента, используемый в качестве базы отсчета;

использовать размер элемента и предел прочности на разрыв стального материала для изменения базового значения предела формовки, прогнозирования значения предела формовки по размеру элемента и формирования целевого значения предела формовки;

выполнять анализ изменения формы, пользуясь входной информацией и выдавать информацию об изменении формы, в том числе, деформацию каждого элемента;

определять максимальную главную деформацию и минимальную главную деформацию каждого элемента, включенного в информацию об изменении формы; и

определять, растрескивается ли каждый элемент в модели анализа, на основе максимальной главной деформации и минимальной главной деформации каждого элемента, для которого определена главная деформация, и целевой линии предела формовки, заданной целевым значением предела формовки.

[ПОЛЕЗНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ]

В одном из вариантов осуществления, может надлежащим образом прогнозироваться растрескивание сверхпрочного стального листового материала, имеющего предел прочности на разрыв 980 МПа или более.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - график, показывающий зависимость между линиями предела формовки, сформированными, пользуясь выражением прогнозирования значения предела формовки и фактически измеренными значениями.

Фиг. 2 - схема, показывающая устройство определения растрескивания согласно первому варианту осуществления.

Фиг. 3 - блок-схема последовательности операций способа обработки определения растрескивания устройством определения растрескивания согласно первому варианту осуществления.

Фиг. 4 - схема, показывающая устройство определения растрескивания согласно второму варианту осуществления.

Фиг. 5 - блок-схема последовательности операций способа обработки определения растрескивания устройством определения растрескивания согласно второму варианту осуществления.

Фиг. 6 - схема, показывающая систему производства пресс-форм, которая является примером образца применения устройства определения растрескивания согласно варианту осуществления.

Фиг. 7 - график, показывающий зависимость между нагрузкой и деформацией между выборочными точками в результатах анализа испытания на разрыв устройством определения растрескивания согласно сравнительному примеру.

Фиг. с 8A по фиг. 8C - диаграммы, показывающие смещение результатов анализа испытания на разрыв устройством определения растрескивания согласно первому варианту осуществления, а 8A показывает смещение, когда размер элемента имеет значение 2 [мм], фиг. 8B показывает смещение, когда размер элемента имеет значение 3 [мм], и фиг. 8C показывает смещение, когда размер элемента имеет значение 5 [мм].

Фиг. 9 - график, показывающий зависимость между нагрузкой и деформацией между выборочными точками в результатах анализа испытания на разрыв устройством определения растрескивания согласно первому варианту осуществления.

Описание вариантов осуществления

В нижеследующем, со ссылкой на чертежи пояснены устройство определения растрескивания, программа определения растрескивания и его способ. Однако, технический объем настоящего изобретения не ограничен такими вариантами осуществления.

(Краткое изложение устройства определения растрескивания согласно варианту осуществления)

Устройство определения растрескивания согласно варианту осуществления изменяет информацию о базовом значении предела формовки, созданную посредством фактического измерения или тому подобного, и базовое значение предела формовки при базовом размере элемента, которое определяется свойством материала и толщиной листа, включенными во входную информацию об элементе, методом конечных элементов по выражению прогнозирования значения предела формовки, которое является функцией размера элемента, размера элемента в модели анализа, и предела прочности на разрыв стального материала. Устройство определения растрескивания согласно варианту осуществления может использовать целевое значение предела формовки в соответствии с пределом прочности на разрыв, пользуясь целевым значением предела формовки, измененным посредством выражения прогнозирования значения предела формовки, которое является функцией размера элемента, который является размером элемента в модели анализа, и предела прочности на разрыв стального материала. Устройство определения растрескивания согласно варианту осуществления может использовать целевое значение предела формовки в соответствии с пределом прочности на разрыв, а потому, может прогнозироваться растрескивание сверхвысокопрочного стального материала, чей предел прочности на разрыв имеет значение 980 МПа или более. В нижеследующем, перед тем, как пояснено устройство определения растрескивания согласно варианту осуществления, разъяснен принцип обработки определения растрескивания в устройстве определения растрескивания согласно варианту осуществления.

Авторы настоящего изобретения нашли выражение прогнозирования значения предела формовки для прогнозирования базового значения предела формовки по базовому размеру элемента, которое определяется базовым значением предела формовки, соответствующим линии предела формовки, созданной посредством фактического измерения, или тому подобного, и свойством материала и толщиной листа намеченного для определения стального листа, и максимальной главной деформацией при размере элемента на основе зависимости между размером элемента в модели анализа намеченного для определения стального листа и максимальной главной деформацией при базовом размере элемента. Другими словами, изобретатели настоящего изобретения обнаружили, что наличие/отсутствие растрескивания определяется посредством использования целевого значения предела формовки, сформированного изменением базового значения предела формовки, соответствующего базовой линии предела формовки, которая используется в качестве базы отсчета, по выражению прогнозирования значения предела формовки, которое является функцией предела прочности на разрыв стального материала и размера элемента. Посредством изменения значения предела формовки, пользуясь выражением прогнозирования значения предела формовки в соответствии с размером элемента, растрескивание может определяться в соответствии с размером элемента.

Выражение (1), показанное ниже, является выражением прогнозирования значения предела формовки, найденным изобретателями настоящего изобретения.

[Математическое выражение 4]

Здесь, ρ - коэффициент деформации, M - размер элемента [мм], указывающий размер целевого элемента при анализе посредством FEM, ε₁ - максимальная главная деформация при размере M элемента, а ε₂ - минимальная главная деформация при размере M элемента. В таком случае, k1, которое является множителем размера M элемента, представляет собой первый коэффициент, а k2, которое является показателем степени размера M элемента, представляет собой второй коэффициент, зависящий от максимальной главной деформации при базовом размере элемента, которые будут пояснены со ссылкой на выражение (2) и выражение (4), показанные ниже. Выражение (1) - выражение, которое прогнозирует максимальную главную деформацию ε₁ по размеру M элемента на основе зависимости между размером M элемента и максимальной главной деформацией при базовом размере элемента. В выражении (1) указано, что максимальная главная деформация ε₁ при размере M элемента формируется умножением первого коэффициента k1 и результата арифметической операции, полученного арифметической операцией взятия в степень, в которой второй коэффициент k2 принят в качестве показателя степени, а размер M элемента принят в качестве основания степени.

Выражение (2), показанное ниже, является выражением, показывающим выражение (1) подробнее.

[Математическое выражение 5]

Здесь, TS указывает предел прочности на разрыв [МПа] материала, такого как стальной лист, ε_1B указывает максимальную главную деформацию при базовом размере элемента γ, δ, и каждый из η указывает коэффициент. Здесь, γ - отрицательное значение, а δ - положительное значение. Коэффициенты γ и δ изменяются в соответствии с коэффициентом деформации ρ. Коэффициент η определяется базовым размером элемента. Из выражений (1) и (2), первый коэффициент k1 представлен, как изложено ниже.

[Математическое выражение 6]

В выражении (3), первый коэффициент k1 пропорционален пределу прочности на разрыв, TS, когда коэффициент деформации ρ постоянен, другими словами, указывается, что первый коэффициент k1 является функцией коэффициента деформации ρ и предела прочности на разрыв стального материала. Выражение (3) представляет собой то, что первый коэффициент k1 пропорционален пределу прочности на разрыв, TS, стального материала и представляет собой то, что по мере того как возрастает предел прочности на разрыв TS стального материала, возрастают максимальная главная деформация ε₁ и минимальная главная деформация ε₂. Первый коэффициент k1 является положительным значением, γ является отрицательным значением, δ является положительным значением, а потому, по мере того, как предел прочности на разрыв, TS, стального материала возрастает, первый коэффициент k1 убывает. Кроме того, из выражений (1) и (2), второй коэффициент k2 представлен, как изложено ниже.

[Математическое выражение 7]

В выражении (4) показано, что второй коэффициент k2 является функцией максимальной главной деформации ε_1B при базовом размере элемента и первого коэффициента k1. Подробнее, в выражении (4) показано, что второй коэффициент k2 пропорционален максимальной главной деформации ε_1B при базовом размере и логарифму функции первого коэффициента k1. Еще подробнее, в выражении (4) показано, что второй коэффициент k2 пропорционален логарифму значения, полученного делением максимальной главной деформации ε_1B в базовом элементе на первый коэффициент k1.

Фиг. 1 - график, показывающий зависимость между линиями предела формовки, сформированных, пользуясь целевыми значениями предела формовки, измененными посредством выражения прогнозирования значения предела формовки, поясненного со ссылкой на выражения с (1) по (4), и фактически измеренными значениями. На фиг. 1, горизонтальная ось представляет собой минимальную главную деформацию ε₂, а вертикальная ось представляет собой максимальную главную деформацию ε₁. Круглая метка указывает фактически измеренное значение, когда измерительная база образца имеет значение 10 [мм], прямоугольная метка указывает фактически измеренное значение, когда измерительная база образца имеет значение 6 [мм], а треугольная метка указывает фактически измеренное значение, когда измерительная база образца имеет значение 2 [мм]. Кривая 101 является базовой линией предела формовки, созданной, пользуясь информацией о базовом значении предела формовки, сформированной из фактически измеренных данных, когда измерительная база образца имеет значение 10 [мм], и базового значения предела формовки, рассчитанного по свойству материала и толщине листа. Кривые 102 и 103 указывают целевые базовые линии предела формовки, сформированные, пользуясь целевыми значениями предела формовки, измененными из базовых значений предела формовки, указанных кривой 101, посредством выражения прогнозирования значения предела формовки, поясненного со ссылкой на выражения с (1) по (4). Кривая 102 указывает линию предела формовки, когда измерительная база образца имеет значение 6 [мм] а кривая 103 указывает линию предела формовки, когда измерительная база образца имеет значение 2 [мм]. Предел прочности на разрыв, как свойство материала стального листа, который использовался для фактического измерения и формирования линий предела формовки, показанных на фиг. 1, имеет значение 1180 [МПа], а толщина листа имеет значение 1,6 [мм]. Вообще, деформация располагается поблизости от участка растрескивания, а потому, более высокая деформация происходит на участке, ближайшем к участку растрескивания. Таким образом, чем короче измерительная база образца, который снимает показания деформации на участке растрескивания, тем выше считывается деформация, которая возникает в окрестности участка растрескивания, а потому, значение у значения предела формовки становится высоким. Другими словами, на фиг. 1, линия предела формовки расположена на более высоком участке. Кроме того, когда это сравнивается со стальным материалом с другим свойством материала, вообще, пластичность стального материала убывает по мере того, как возрастает предел прочности на разрыв, TS, стального материала, а потому, значение деформации поблизости от участка растрескивания становится небольшим. Таким образом, кривая предела формовки на фиг. 1 расположена в нижней части.

Как показано на фиг. 1, целевая линия предела формовки, измененная из базовой линии предела формовки, пользуясь базовым значением предела формовки, хорошо совпадает с фактически измеренными значениями с высокой точностью, когда измерительная база образца имеет значение 2 [мм], и измерительная база образца имеет значение 6 [мм], а потому, показано, что выражение прогнозирования значения предела формовки согласно настоящему изобретению обладает высокой точностью.

(Конфигурация и функционирование устройства определения растрескивания согласно первому варианту осуществления)

Фиг. 2 - схема, показывающая устройство определения растрескивания согласно первому варианту осуществления.

Устройство 1 определения растрескивания имеет блок 11 связи, блок 12 хранения, блок 13 ввода, блок 14 вывода и блок 20 обработки. Блок 11 связи, блок 12 хранения, блок 13 ввода, блок 14 вывода и блок 20 обработки соединены друг с другом с помощью шины 15. Устройство 1 определения растрескивания выполняет анализ разрушения при аварии транспортного средства, такого как автомобиль, посредством FEM, а также формирование целевого значения предела формовки, указывающего значение предела формовки при размере элемента, изменяя базовое значение предела формовки посредством выражения прогнозирования значения предела формовки с использованием предела прочности на разрыв стального материала. Устройство 1 определения растрескивания определяет, растрескивается ли каждый элемент, из максимальной главной деформации и минимальной главной деформации каждого элемента, выведенных посредством анализа разрушения при аварии на основе сформированного целевого значения предела формовки. В одном из примеров, устройство 1 определения растрескивания является персональным компьютером, способным выполнять анализ посредством FEM.

Блок 11 связи имеет схему интерфейса проводной связи, такую как Ethernet (зарегистрированный товарный знак). Блок 11 связи выполняет обмен информацией с сервером, и тому подобным, схематически не показанным, через LAN.

Блок 12 хранения, например, включает в себя по меньшей мере одно из полупроводникового запоминающего устройства, магнитного ленточного устройства, магнитного дискового устройства и оптического дискового устройства. Блок 12 хранения хранит программу операционной системы, программы драйверов, прикладные программы, данные, и так далее, которые используются для обработки в блоке 20 обработки. Например, блок 12 хранения хранит, в виде прикладной программы, программу обработки определения растрескивания для выполнения обработки определения растрескивания, чтобы определять растрескивание каждого элемента. Кроме того, блок 12 хранения сохраняет, в виде прикладной программы, программу анализа разрушения при аварии для выполнения анализа разрушения при аварии с использованием FEM. Программа обработки определения растрескивания, программа анализа разрушения при аварии, и так далее, могут быть установлены в блоке 12 хранения посредством использования общеизвестной программы установки, или тому подобного, с машинно-читаемого переносного запоминающего носителя, например, такого как CD-ROM (ПЗУ на компакт-диске) и DVD-ROM (ПЗУ на цифровом многофункциональном диске).

Кроме того, блок 12 хранения сохраняет различные виды данных, используемых для обработки определения растрескивания и анализа разрушения при аварии. Например, блок 12 хранения хранит входную информацию 120, информацию 121 о базовом значении предела формовки, и так далее, используемые для обработки определения растрескивания и анализа разрушения при аварии.

Входная информация 120 включает в себя свойство материала и толщину листа стального материала и размер элемента, указывающий размер элемента в ходе анализа разрушения при аварии методом конечных элементов. Свойство материала стального материала включает в себя кривую зависимости деформации от напряжений (S-S), каждый коэффициент в формуле Свифта, используемой для аппроксимации кривой S-S, модуль Юнга, коэффициент Пуассона, плотность, и так далее. Информация 121 о базовом значении предела формовки используется при задании базового значения предела формовки, указывающего значение предела формовки, соответствующего линии предела формовки при базовом размере элемента, указывающем размер элемента, который используется в качестве базы отсчета, для каждого из свойства материала и толщины листа. В одном из примеров, информация 121 о базовом значении предела формовки включает в себя базовое значение предела формовки, соответствующее базовой линии предела формовки, фактически измеренной для каждых свойства материала и толщины листа. Кроме того, в еще одном примере, информация 121 о базовом значении предела формовки включает в себя базовое значение предела формовки, соответствующее базовой линии предела формовки, поправленной так, чтобы линия предела формовки, полученная из теоретической формулы Сторена-Райса, совпадала с фактически измеренной базовой линией предела формовки.

Кроме того, блок 12 хранения сохраняет входные данные анализа разрушения при аварии посредством FEM. Более того, блок 12 хранения может временно хранить временные данные, относящиеся к предопределенной обработке.

Блок 13 ввода может быть любым устройством для ввода данных и, например, является сенсорной панелью, клавиатурой, и так далее. Оператор может вводить букву, цифру, символ, и так далее, пользуясь блоком 13 ввода. Когда эксплуатируется оператором, блок 13 ввода формирует сигнал, соответствующий операции. Затем, сформированный сигнал подается в блок 20 обработки в виде команд оператора.

Устройство 14 вывода может быть любым устройством для отображения видео, изображения, и так далее, и, например является жидкокристаллическим дисплеем, органическим EL (электролюминесцентным) дисплеем, и так далее. Блок 14 вывода отображает видео в соответствии с видеоданными, изображение в соответствии с данными изображения, и так далее, подаваемыми из блока 20 обработки. Кроме того, блок 14 вывода может быть устройством вывода, которое запечатлевает видео, изображение, букву, или тому подобное, на носителе отображения, таком как бумага.

Блок 20 обработки имеет один или множество процессоров и их периферийные схемы. Блок 20 обработки централизованно управляет всей работой устройства 1 определения растрескивания и, например, является ЦПУ (CPU). Блок 20 обработки выполняет обработку на основе программ (программы драйвера, программы операционной системы, прикладной программы, и так далее), хранимых в блоке 12 хранения. Кроме того, блок 20 обработки может исполнять множество программ (прикладных программ, и тому подобного) параллельно.

Блок 20 обработки имеет блок 21 получения информации, блок 22 формирования базового значения предела формовки, блок 23 формирования целевого значения предела формовки, блок 24 выполнения анализа, блок 25 определения главной деформации, блок 26 определения растрескивания и блок 27 вывода результата анализа. Каждый из этих блоков является функциональным модулем, реализованным программой, исполняемой процессором, включенным в блок 20 обработки. В качестве альтернативы, каждый из этих блоков может быть реализован в устройстве 1 определения растрескивания в виде программно-аппаратных средств.

(Обработка определения растрескивания устройством определения растрескивания согласно первому варианту осуществления)

Фиг. 3 - блок-схема последовательности операций способа обработки определения растрескивания, чтобы устройство 1 определения растрескивания определяло, растрескивается ли каждый элемент, для которого выполнялся анализ разрушения при аварии. Обработка определения растрескивания, показанная на фиг. 3, главным образом выполняется блоком 20 обработки во взаимодействии с каждым элементом устройства 1 определения растрескивания на основе программы, сохраненной заблаговременно в блоке 12 хранения.

Прежде всего, блок 21 получения информации получает информацию 121 о базовом значении предела формовки из блока 12 хранения (S102), к тому же, получая входную информацию, в том числе, свойство материала, такое как предел прочности на разрыв, толщина листа и размер элемента, из блока 12 хранения (S101).

Затем, блок 22 формирования базового значения предела формовки формирует базовое значение предела формовки, соответствующее свойству материала и толщине листа, полученным посредством обработки на S101, на основе информации 121 о базовом значении предела формовки, полученной посредством обработки на S102 (S103). Более точно, например, блок 22 формирования базового значения предела формовки формирует базовое значение предела формовки, соответствующее свойству материала и толщине листа, выбирая одну группу базовых значений предела формовки из множества групп базовых значений предела формовки хранимых в блоке 12 хранения, на основе комбинации свойства материала и толщины листа, включенных во входную информацию 120. базовое значение предела формовки множества групп, включенных в информацию 121 о базовом значении предела формовки, является фактически измеренным значением. Кроме того, например, блок 22 формирования базового значения предела формовки формирует базовое значение предела формовки, соответствующее свойству материала и толщине листа, корректируя одну группу базовых значений предела формовки, хранимых в блоке 12 хранения, фактически измеренными значениями в соответствии со свойством материала и толщиной листа. Блок 22 формирования базового значения предела формовки сначала формирует значение предела формовки по теоретической формуле Сторена-Райса. Затем, блок 22 формирования базового значения предела формовки формирует базовое значение предела формовки, соответствующее свойству материала и толщине листа, сдвигая значение предела формовки, сформированное из теоретической формулы Сторена-Райса в соответствии с фактически измеренным значением, на основе фактически измеренного значения, хранимого в блоке 12 хранения в качестве величины сдвига, в соответствии со свойством материала и толщиной листа.

Затем, блок 23 формирования целевого значения предела формовки формирует целевое значение предела формовки, указывающее значение предела формовки при размере элемента, полученном посредством обработки на S101, изменяя базовое значение предела формовки, сформированное обработкой на S103 из выражения прогнозирования значения предела формовки, представленного в выражениях с (1) по (4) (S104).

Затем, блок 24 выполнения анализа выполняет анализ разрушения при аварии транспортного средства, такого как автомобиль, созданного из стального материала, посредством FEM, пользуясь данными сетки, хранимыми в блоке 12 хранения, на основе входной информации, полученной из обработки на S101 (S105). Блок 24 выполнения анализа последовательно выдает информацию об изменении формы, в том числе, смещение точки контакта, деформацию элемента и напряжение элемента, для каждого элемента в результате выполнения анализа.

Затем, блок 25 определения главной деформации определяет максимальную главную деформацию, ε₁, и минимальную главную деформацию, ε₂, каждого элемента, включенного в информацию об изменении формы, выведенную из обработки на S105 (S106).

Затем, блок 26 определения растрескивания определяет, будет ли ломаться каждый элемент, на основе максимальной главной деформации ε₁ и минимальной главной деформации ε₂ каждого элемента, определенных обработкой на S106, и целевой линии предела формовки, заданной целевым значением предела формовки, сформированным обработкой на S103 (S107). Блок 26 определения растрескивания определяет, что элемент не растрескивается, когда точка на графике, определенная максимальной главной деформацией, ε₁, и минимальной главной деформацией, ε₂, не превышает пороговое значение, заданное целевой линией предела формовки, и определяет, что элемент растрескивается, когда точка на графике, определенная максимальной главной деформацией, ε₁, и минимальной главной деформацией, ε₂, превышает пороговое значение, заданное целевой линией предела формовки. В одном из примеров, целевая линия предела формовки получается посредством арифметической операции в виде выражения аппроксимации целевого значения предела формовки.

Затем, определяется, что элемент растрескивается (S107 - Да), блок 26 определения растрескивания выводит информацию о растрескивании элемента, указывающую, что элемент растрескивается, в блок 24 выполнения анализа (S108). Блок 24 выполнения анализа может стирать элемент, определенный ломающимся, другими словами, может удалять элемент из данных анализа разрушения при аварии.

Затем, блок 27 вывода результатов анализа выдает информацию об изменении формы, последовательно выводимую блоком 24 выполнения анализа (S109). Затем, блок 24 выполнения анализа определяет, создано ли предопределенное условие завершения анализа (S110). Время завершения анализа получается из входных данных. До тех пор, пока не определено, что создано условие завершения анализа, обработка повторяется.

(Работа и эффект устройства определения растрескивания согласно первому варианту осуществления)

Устройство 1 определения растрескивания определяет, будет ли происходить растрескивание, пользуясь целевым значением предела формовки, измененным в соответствии с размером элемента по выражению прогнозирования значения предела формовки с использованием предела прочности на разрыв стального материала, а потому, точное прогнозирование растрескивания может выполняться в соответствии с пределом прочности на разрыв стального материала вне зависимости от размера элемента.

Точное прогнозирование растрескивания может выполняться устройством 1 определения растрескивания, а потому, количество испытаний на столкновение с реальным элементом конструкции автомобиля может быть значительно сокращено. Кроме того, испытание на столкновение с реальным элементом конструкции автомобиля может быть опущено.

Кроме того, посредством выполнения точного прогнозирования растрескивания устройством 1 определения растрескивания, элемент конструкции, который предотвращает растрескивание во время столкновения, может быть спроектирован на компьютере, а потому, это вносит вклад в значительное уменьшение затрат и сокращение периода времени на разработку.

(Конфигурация и функционирование устройства определения растрескивания согласно второму варианту осуществления)

Фиг. 4 - схема, показывающая устройство определения растрескивания согласно второму варианту осуществления.

Устройство 2 определения растрескивания отличается от устройства 1 определения растрескивания согласно первому варианту осуществления тем, что блок 30 обработки размещен вместо обработки 20. Блок 30 обработки отличается от блока 20 обработки наличием блока 34 формирования целевого напряжения предела формовки и блока 35 преобразования деформации в напряжение и тем, что блок 36 определения растрескивания размещен вместо блока 26 определения растрескивания. Конфигурация и функционирование компонентов устройства 2 определения растрескивания за исключением блока 34 формирования целевого напряжения предела формовки, блока 35 преобразования деформации в напряжение и блока 36 определения растрескивания идентичны конфигурации и функционированию компонентов устройства 1 определения растрескивания, за которыми закреплены одинаковые символы, а потому, подробное описание здесь опущено.

(Обработка определения растрескивания устройством определения растрескивания согласно второму варианту осуществления)

Фиг. 5 - блок-схема последовательности операций способа обработки определения растрескивания, чтобы устройство 2 определения растрескивания определяло, растрескивается ли каждый элемент, для которого выполнялся анализ разрушения при аварии. Обработка определения растрескивания, показанная на фиг. 5, главным образом выполняется блоком 30 обработки во взаимодействии с каждым элементом устройства 2 определения растрескивания на основе программы, сохраненной заблаговременно в блоке 12 хранения.

Обработка на с S201 по S204 является такой же, как обработка на с S101 по S104, а потому, подробное пояснение здесь опущено. Блок 34 формирования целевого напряжения предела формовки формирует целевое напряжение предела формовки, изменяя базовое значение предела формовки, сформированное посредством обработки на S204 (S205).

Затем, на основе входной информации, блок 24 выполнения анализа выполняет анализ разрушения при столкновении посредством FEM, когда происходит предопределенное столкновение, пользуясь данными сетки, хранимыми в блоке 12 хранения (S206). Затем, блок 25 определения главной деформации определяет максимальную главную деформацию, ε₁, и минимальную главную деформацию, ε₂, каждого элемента, включенного в информацию об изменении формы, выведенную из обработки на S205 (S207).

Затем, блок 35 преобразования деформации в напряжение преобразует определенные максимальную главную деформацию, ε₁, и минимальную главную деформацию, ε₂, каждого элемента, выведенные из обработки на S207, в максимальное главное напряжение и минимальное главное напряжение (S208).

Затем, блок 36 определения растрескивания определяет, будет ли ломаться каждый элемент, на основе максимального главного напряжения и минимального главного напряжения каждого элемента, преобразованного посредством обработки на S106, и целевого предела формовки, сформированного обработкой на S205 (S209). Блок 36 определения растрескивания определяет, что элемент не растрескивается, когда максимальное главное напряжение и минимальное главное напряжение не превышают целевого напряжения предела формовки, и определяет, что элемент растрескивается, когда максимальное главное напряжение и минимальное главное напряжение превышают целевое напряжение предела формовки. Обработка на с S210 по S212 является такой же, как обработка на с S108 по S110, а потому, подробное пояснение здесь опущено.

(Пример модификации устройства определения растрескивания согласно вариантам осуществления)

Устройства 1 и 2 определения растрескивания выполняют обработку определения растрескивания в ходе анализа разрушения при аварии транспортного средства, но устройство определения растрескивания согласно варианту осуществления может выполнять обработку определения растрескивания в ходе другого анализа, такого как анализ изменения формы во время прессования в пресс-форме стального листа. Кроме того, в поясненном примере, пояснение дается, беря случай, где размер элемента модели анализа одинаков в качестве примера, но устройство определения растрескивания согласно варианту осуществления может использовать модель анализа, чьи размеры элемента различны для разных областей. Другими словами, модель элемента, используемая устройством определения растрескивания согласно варианту осуществления, может быть моделью, включающей в себя множество размеров элемента.

(Пример применения устройства определения растрескивания согласно варианту осуществления)

Фиг. 6 - схема, показывающая систему производства пресс-форм, которая является примером образца применения устройства определения растрескивания согласно варианту осуществления.

Система 100 производства пресс-форм имеет устройство 1 определения растрескивания, устройство 111 проектирования пресс-форм и устройство 112 изготовления пресс-форм. Устройство 111 проектирования пресс-форм является устройством, которое проектирует пресс-форму для производства, например, кузова автомобиля, и является компьютером, соединенным с устройством 1 определения растрескивания через LAN 113. Устройство 111 проектирования пресс-форм формирует данные пресс-формы, представляющие собой требуемую пресс-форму, пользуясь определением растрескивания посредством устройства 1 определения растрескивания. На фиг. 8, устройство 111 проектирования пресс-форм выполнено в виде устройства, отдельного от устройства 1 определения растрескивания, но, в другом примере, устройство 111 проектирования пресс-форм может быть объединено с устройством 1 определения растрескивания.

Устройство 112 изготовления пресс-форм имеет оборудование для изготовления пресс-форм, такое как электроэрозионный станок, фрезерный станок и шлифовальный станок, схематично не показанные, и присоединено к устройству 111 проектирования пресс-форм через сеть 114 связи, которая является глобальной сетью связи, посредством коммутационного механизма, схематично не показанной. Устройство 112 производства пресс-форм изготавливает пресс-форму, соответствующую данных пресс-формы, на основе данных пресс-формы, переданных из устройства 111 проектирования пресс-форм.

ПРИМЕРЫ

Фиг. 7 - график, показывающий зависимость между нагрузкой и деформацией между выборочными точками в результатах анализа испытания на разрыв устройством определения растрескивания согласно сравнительным примерам. Фиг. с 8A по 8C - диаграммы, каждая из которых показывает степень риска в результатах анализа испытания на разрыв устройством 1 определения растрескивания, которые являются примерами настоящего изобретения, и состояние, где элемент, определенный надламывающимся, другими словами, элемент, чья степень риска растрескивания превышает 1, удаляется, и опытный образец разделяется. Фиг. 8A показывает случай, где размер элемента имеет значение 2 [мм], фиг. 8B показывает случай, где размер элемента имеет значение 3 [мм], и фиг. 8C показывает случай, когда размер элемента имеет значение 5 [мм]. Фиг. 9 - график, показывающий зависимость между нагрузкой и деформацией между выборочными точками в результатах анализа испытания на разрыв устройством 1 определения растрескивания, которые являются примерами настоящего изобретения. На фиг. 7 и фиг. 9, горизонтальная ось представляет собой деформацию между выборочными точками, а вертикальная ось представляет собой нагрузку [кН].

Устройство определения растрескивания согласно сравнительным примерам выполняло анализ испытания на разрыв применительно к стальному листу, чья толщина имеет значение 1,6 [мм], и чей уровень предела прочности на разрыв имеет значение 980 МПа. Кроме того, устройство определения растрескивания согласно сравнительным примерам выполняло анализ заблаговременно, пользуясь моделью FEM, чей размер элемента имеет значение 2 [мм], и контролировало растрескивание, и выполняло обработку определения растрескивания для модели, чей размер элемента имеет значение 3 [мм], и модели, чей размер элемента имеет значение 5 [мм], пользуясь контрольной деформацией растрескивания посредством установки тех же самых критериев.

Конечно, результаты анализа испытания на разрыв устройством определения растрескивания согласно сравнительным примерам хорошо совпадают с результатами эксперимента для модели, чей размер элемента имеет значение 2 [мм], применительно к которой деформация растрескивания была проконтролирована заблаговременно, но, в случае модели, чей размер элемента имеет значение 3 [мм], и модели, чей элемент размера имеет значение 5 [мм], временные характеристики растрескивания различаются для разных размеров элемента и по мере того, как размер элемента возрастает, результаты таковы, что временные характеристики, с которыми определяется растрескивание, дополнительно задерживаются. Таким образом, когда размеры элемента отличны, экспериментальные результаты не прогнозируются правильно.

С другой стороны, в результатах анализа испытания на разрыв устройством 1 определения растрескивания, разрыв определяется с приблизительно идентичными временными характеристиками независимо от размера элемента. Кроме того, в результатах анализа испытания на разрыв устройством 1 определения растрескивания, результаты эксперимента также определяются с высокой точностью.

Изобретение относится к испытательной технике. Устройство 1 определения растрескивания оснащено блоком 22 формирования базового значения предела формовки, который на основе информации о базовом значении предела формовки формирует базовое значение предела формовки для базового размера элемента, который является размером элемента, используемым в качестве базы отсчета, блоком 23 формирования целевого значения предела формовки, который использует предел прочности на разрыв стального материала для изменения базового значения предела формовки, прогнозирования значения предела формовки по размеру элемента и формирования целевого значения предела формовки, блоком 24 выполнения анализа, который выполняет анализ изменения формы с использованием входной информации и который выдает информацию об изменении формы, в том числе деформацию каждого из элементов, блоком 25 определения главной деформации, который определяет максимальную главную деформацию и минимальную главную деформацию каждого из элементов, включенных в информацию об изменении формы, и блоком 26 определения растрескивания, который на основе определенных максимальной главной деформации и минимальной главной деформации каждого из элементов и целевого значения предела формовки определяет, растрескивается ли каждый элемент модели анализа. Технический результат: возможность надлежащим образом прогнозировать растрескивание в соответствии с размером элемента из стального материала, в том числе также из сверхвысокопрочной стали, чей предел прочности на разрыв имеет значение 980 МПа или более. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Устройство определения растрескивания, включающее в себя

блок хранения, который хранит входную информацию об элементе, указывающую свойство материала, толщину листа стального материала и размер элемента в модели анализа, используемой для анализа изменения формы стального материала методом конечных элементов, и информацию о базовом значении предела формовки, указывающую базовое значение предела формовки, указывающее значение предела формовки при базовом размере элемента, который является размером элемента, используемым в качестве базы отсчета;

блок формирования базового значения предела формовки, который формирует базовое значение предела формовки в соответствии со свойством материала и толщиной листа, включенными во входную информацию, на основе информации о базовом значении предела формовки;

блок формирования целевого значения предела формовки, который использует предел прочности на разрыв стального материала для изменения базового значения предела формовки, прогнозирования значения предела формовки по размеру элемента и формирования целевого значения предела формовки;

блок выполнения анализа, который выполняет расчет изменения формы, пользуясь входной информацией, и выдает информацию об изменении формы, в том числе деформацию каждого элемента;

блок определения главной деформации, который определяет главную деформацию каждого элемента, включенного в информацию об изменении формы; и

блок определения растрескивания, который определяет, растрескивается ли каждый элемент в модели анализа, на основе максимальной главной деформации и минимальной главной деформации каждого элемента, для которого определена главная деформация, и целевой линии предела формовки, заданной целевым значением предела формовки.

2. Устройство определения растрескивания по п. 1, в котором блок формирования целевого значения предела формовки прогнозирует значение предела формовки, используя размер элемента и первый коэффициент, полученный из предела прочности на разрыв стального материала.

3. Устройство определения растрескивания по п. 2, в котором блок формирования целевого значения предела формовки прогнозирует максимальную главную деформацию по размеру элемента, пользуясь первым коэффициентом, вторым коэффициентом, включающим в себя максимальную главную деформацию при базовом размере элемента и первый коэффициент, и размером элемента.

4. Устройство определения растрескивания по п. 3, в котором второй коэффициент является функцией максимальной главной деформации при базовом размере элемента и первого коэффициента.

5. Устройство определения растрескивания по п. 4, в котором второй коэффициент пропорционален логарифму значения, полученного делением максимальной главной деформации при базовом размере элемента на первый коэффициент.

6. Устройство определения растрескивания по любому из пп. 2-5, в котором блок формирования целевого значения предела формовки прогнозирует максимальную главную деформацию по размеру элемента, пользуясь произведением первого коэффициента и результата арифметической операции по арифметической операции возведения в степень, в которой второй коэффициент принимается показателем степени, а размер элемента принимается основанием степени.

7. Устройство определения растрескивания по п. 1, в котором блок формирования целевого значения предела формовки прогнозирует значение предела формовки, используя размер элемента и второй коэффициент, полученный из предела прочности на разрыв стального материала.

8. Устройство определения растрескивания по п. 7, в котором второй коэффициент является функцией максимальной главной деформации при базовом размере элемента и первого коэффициента.

9. Устройство определения растрескивания по п. 8, в котором второй коэффициент пропорционален логарифму значения, полученного делением максимальной главной деформации при базовом размере элемента на первый коэффициент.

10. Устройство определения растрескивания по п. 1, в котором

блок формирования целевого значения предела формовки формирует целевое значение предела формовки, пользуясь выражением прогнозирования значения предела формовки, которое является функцией размера элемента и предела прочности на разрыв стального материала,

выражение прогнозирования значения предела формовки, в случае, где ρ - коэффициент деформации, M - размер элемента, указывающий размер элемента в модели анализа, используемой при анализе посредством FEM, ε₁ - максимальная главная деформация при размере M элемента и ε₂ - минимальная главная деформация при размере M, представлено первым коэффициентом k1 и вторым коэффициентом k2 в виде

[Математическое выражение 1]

,

где первый коэффициент k1 представлен пределом TS прочности на разрыв материала стального листа и коэффициентами γ и δ в виде

[Математическое выражение 2]

,

и

второй коэффициент k2 представлен максимальной главной деформацией ε_1B при базовом размере элемента и коэффициентом η в виде

[Математическое выражение 3]

.

11. Устройство определения растрескивания по любому из пп. 1-10, в котором блок определения растрескивания определяет, что элемент растрескивается, когда определенные максимальная главная деформация и минимальная главная деформация элемента превышают пороговое значение, заданное целевой линией предела формовки.

12. Устройство определения растрескивания по любому из пп. 1-10, дополнительно включающее в себя

блок формирования целевого напряжения предела формовки, который формирует целевое напряжение предела формовки, изменяя целевое значение предела формовки; и

блок преобразования деформации в напряжение, который преобразует определенные максимальную главную деформацию и минимальную главную деформацию каждого элемента в максимальное главное напряжение и минимальное главное напряжение, при этом

блок определения растрескивания определяет, что элемент растрескивается, когда преобразованные максимальное главное напряжение и минимальное главное напряжение элемента превышают целевое напряжение предела формовки.

13. Устройство определения растрескивания по любому из пп. 1-12, в котором анализ изменения формы является анализом разрушения при аварии транспортного средства, отформованного из стального материала.

14. Способ определения растрескивания, в котором

формируют базовое значение предела формовки в соответствии со свойством материала и толщиной листа стального материала, включенными во входную информацию об элементе, указывающую размер элемента в модели анализа, используемой при анализе изменения формы стального материала методом конечных элементов на основе информации о базовом значении предела формовки, указывающей базовое значение предела формовки, соответствующее линии предела формовки при базовом размере элемента, указывающем размер элемента, используемый в качестве базы отсчета;

используют размер элемента и предел прочности на разрыв стального материала для изменения базового значения предела формовки, прогнозирования значения предела формовки по размеру элемента и формирования целевого значения предела формовки;

выполняют анализ изменения формы, пользуясь входной информацией и выдают информацию об изменении формы, в том числе деформацию каждого элемента;

определяют максимальную главную деформацию и минимальную главную деформацию каждого элемента, включенного в информацию об изменении формы; и

определяют, растрескивается ли каждый элемент в модели анализа, на основе максимальной главной деформации и минимальной главной деформации каждого элемента, для которого определена главная деформация, и целевой линии предела формовки, заданной целевым значением предела формовки.